为什么P=pgv根据F⼀S推导,液体压强有时却不能用P=F⼀S算?为什么液体压强大小与底面积大小无关?

2025-01-11 03:15:17
推荐回答(3个)
回答1:

液体压强的公式是:P=ρgh。其中ρ是液体密度,g是当地重力加速度,h是测量点到“自由液面”的距离。
P=F/S
而考虑液体对容器底面的压力,则
F=G=mg=ρVg,S=V/h
所以
P=(ρVg)/(V/h)=ρgh

液体压强之所以只和液体本身以及测量点的深度有关,是因为液体有一个性质:流动性。液体没有固定的形状,可以向各个方向自由扩散,只不过扩散的强度不如气体罢了。

流动性的意思,就是液体分子向各个方向运动的几率基本上是相同的。如果将来你学了分子力学就会知道,施加在某一个界面上的压强(或压力),实际上是大量分子不断碰撞这个界面的一种宏观表现。液体分子和气体分子相比固体来说,分子之间的作用力弱很多,可以认为是自由运动的,所以微观上说,是分子向各个方向的运动概率相同;宏观上讲,就是液体对各个方向的压力相同。

这也就是为什么在推导这个公式之前,我们只考虑容器底面的情况(这样才能用到压强的通用公式啊),可是最后“竟然”会没有S的本质原因。

回答2:

是的,由P=F/S是可以推导出 P=ρ*g*h,但这是在液体容器为规则均匀的柱体容器的前提下推导出来的,所以公式 P=F/S的使用条件仅适用于这种柱体容器。但 P=ρ*g*h这个公式根据液体本身的特性(易流性,连通器原理、帕斯卡定律等)可以推广到任意形状的容器,只要是连通的密度均匀的液体都可以用。其实液体内部压强公式的推导完全可以不用公式P=F/S来推导,而是用更加普遍、更加一般的方法——质量力的势函数的积分来推导,只是因为这已超出中学的教学大纲了。

补充说明:
非直立柱体时液体对容器底部的压强,可用P=ρgh计算,不能用P=G/S计算;
非直立柱体时液体对容器底部的压力,可用F=PS=ρghS计算。
因为同学对这个问题疑问较多,对P=F/S和P=ρgh两个公式简单说明如下:
由P=F/S是可以推导出液体压强公式 P=ρgh,但这是在液体容器为规则均匀的柱体容器的前提下推导出来的,所以公式 P=F/S的使用条件仅适用于这种柱体容器(这一点与固体不同,固体间的压强总是可以用P=F/S来计算)。但 P=ρgh这个公式根据液体本身的特性(易流性,连通器原理、帕斯卡定律等)可以推广到任意形状的容器,只要是连通的密度均匀的液体都可以用。其实液体内部压强公式的推导完全可以不用公式P=F/S来推导,而是用更加普遍、更加一般的方法——质量力的势函数的积分来推导,只是这已超出中学的教学大纲了。
由于液体的易流性和不可拉性,静止的液体内部没有拉应力和切应力,只能有压应力(即压强),在静止的液体内部任意取出微小一个六面体,这个六面体在六个面的压力和本身的重力共同作用下处于平衡状态,设想这个六面体无限缩小时,其重力可以忽略不计,就得出作用在同一点上的各个方向的压强相等,即压强仅仅与位置坐标有关,而与方位无关。即 P=f(x,y,z)。再设想坐标x-O-y处在水平面上,z为竖直向下的坐标。液体的压强是由液体的质量力引起的,当液体对地球来说是静止时,就是由重力引起的,液体质量m=1的液体单位质量力在各坐标的分量为X=0、Y=0、Z=g,液体内部的压强与质量力的微分关系为
dP=ρ(XdxYdy+Zdz)=ρ(0*dx+0*dy+gdz)=ρgdz (从本方程看出在同一水平面上没有压强差,水平面是等压面,即前后左右压强都相等,压强仅在重力方向上有变化)。从水面z=0到水深z=h积分上式得 P=ρgh。液体压强除了密度之外完全由深度决定,这个公式并没限制液体的容器是什么形状,只要是同一密度的连通的静止液体都可适用!

回答3:

首先P=pgh的,h是测量压强处到液面顶端的距离
p=F/S,是定义式,永远都不会有错的
在P=pgh中,h实际上在计算的过程中是会用到S的,也就是说P=pgh是有S的参与的,只是没有直接表现出来